嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用分析

谷惠敏

（商丘醫學高等?？茖W校 河南 商丘　476100）

嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用分析

谷惠敏

（商丘醫學高等?？茖W校 河南 商丘476100）

嵌入式軟件因其專業性與實時處理的特點，在計算機軟件設計中被廣泛的運用，直接影響著計算機軟件設計的質量，本文基于推廣嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的應用，采用理論敘述方法，細述探討了嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用原理，并以此為依據，細述了基于嵌入式實時軟件進行計算機軟件開發和設計需注意的要點，進而對計算機軟件設計嵌入式實時軟件的運用進行了系統探討，以供業內人士交流探討。

嵌入式實時軟件；計算機軟件設計；軟件開發；運用

在計算機軟件設計過程中應用嵌入式實時軟件，有助于簡化設計流程，提升設計效率和設計質量，具有一定的研討價值。文中先是對嵌入式實時軟件以及其在計算機軟件設計中的運用進行介紹，之后再重點從計算機軟件設計嵌入式實時軟件的設計和開發以及計算機軟件設計嵌入式實時軟件的運用，進行論述。

1　簡析嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用

1.1嵌入式實時軟件概述

所謂嵌入式實時軟件是以計算機技術為基礎設計的一種軟硬件可裁剪，且對系統功能、可靠性、成本、體積、功耗均有嚴格要求的應用型計算機系統。近些年來，隨著科學技術水平的不斷提升機信息化進程的推進，計算機漸而融入我們的日常生活，由此，相關的計算機軟件也開始在諸多領域得到廣泛應用。這之中，嵌入式實時軟件因為其涉及范圍廣泛、穩定性好、操作簡單、價格合宜而頗受業內人士肯定。實質上，不僅如此，嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中應用還可提高設計出的軟件產品的質量，亦能彌補軟件產品缺陷。故而可最大限度的滿足軟件使用者對于計算機軟件的需求，同時也可保證軟件在計算機軟件設計中得到有效應用。

1.2嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用原理

嵌入式實時軟件同通用計算機軟件之間存在顯著的差異，這也是導致嵌入式使用軟件在計算機軟件設計中運行原理有異的根本原因。在計算機軟件設計中，嵌入式實時軟件可以在緩存機制、動態分配、預測指令執行等設計中產生積極的良性作用，即在改變計算機軟件實時操作性的同時也增加了軟件設計的應用性和安全性。雖然同通用計算機系統存在差異，但是兩者在設計時均需同時考量軟件及硬件的設計。其中，軟件包含操作系統軟件（OS）和應用程序編程，硬件包含處理器或微處理器、存儲器、外設器件、I/O端口、圖形控制器等。在計算機軟件設計的應用中，由應用程序來控制系統的運作和行為，操作系統控制應用程序編程與硬件的交互作用。此外，嵌入式微處理器的設計是嵌入式實時軟件設計的核心，目前設計方案中多應用ATglRM9200處理器。而對于軟件模塊的設計也是設計重心，其設計質量的優劣直接關系到計算機軟件設計的安全性、通用性和可操作性。

2　試論計算機軟件設計嵌入式實時軟件的設計和開發

在計算機軟件設計中運用嵌入式實時軟件對于軟件設計而言，不僅可以提高軟件設計效率，還可以簡化計算機開發流程。同通用計算機系統不同，后者開發無需特定的開發環境，而計算機軟件設計嵌入式實時軟件的開發通常財通交叉開發的方式。但是前者設計和開發均相對較為簡單，實施步驟為：第一，分析計算機軟件系統的需求；第二，根據需求開始軟件系統設計并編寫應用程序代碼；第三，測試軟件，分析測試結果，完善計算機軟件設計。顯然，嵌入式實時軟件開發流程簡便，這無疑為提升計算機軟件的穩定性提供了保障。不過，在軟件設計過程中，也應當注意落實軟件數據初始化和格式化等工作的穩步施行。由上可知，在運用嵌入式實時軟件進行計算機軟件設計時，設計人員應當熟練掌握基于嵌入式實時軟件進行軟件開發方面的相關知識 （見圖1），盡量避免人為設計的失誤。例：在進行計算機軟件設時脫離于計算機硬件結構。這樣的疏忽會極大地降低軟件設計對硬件的粘性和依賴性，必定會影響軟件系統在計算機應用過程中的可靠性和實用性。故而，在計算機軟件設計過程中，需盡量規避軟件同硬件兩者之間脫離，以此提高計算機軟件在應用過程的操作性能。

圖1　嵌入式軟件開發知識體系結構圖

3　計算機軟件設計嵌入式實時軟件的運用

嵌入式實施軟件在計算機軟件設計中的運用是提升計算機軟件系統設計科學性、功能性和可操作性的一種良好方式。下文將細述嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用步驟，以為嵌入式實時軟件更為合理的運用提供參考依據。

3.1劃分計算機軟件并行任務

嵌入式ROTS微內核是開發計算機軟件應用程序的基礎平臺，對于計算機系統而言，是保障系統功能實現的關鍵所在和重要基石，而這同嵌入式ROTS微內核的結構（見圖1）和多項功能（資源管理、任務管理及控制、任務間通信、任務互斥與同步等）不無關系。在運用嵌入式實時軟件進行計算機軟件設計時，先行將計算機軟件系統劃分為一個個獨立的任務，不僅可以簡化后期軟件設計的流程，同時也為嵌入式ROTS模型的優化完善及系統運行的協調修正提供了良好條件。

圖2　嵌入式實時操作系統結構圖

基于嵌入式實時軟件劃分計算機軟件系統并行任務時，首先應當對計算機應用程序的數據轉換進行詳實分析和計算，續而根據分析結果確定數據執行的順序，最后以計算機應用系統數據通信的異步關系為依據，將一個數據轉換或多個數據并行轉化作為一個任務進行劃分。其中，關于應用系統數據通信的異步關系應當考量兩個方面：其一，系統內部功能。根據系統功能完成的時間或任務之間的緊密程度進行任務劃分。如：將同事件激活任務一起完成的系統功能劃分在一起，作為一個任務；抑或將經由統一事件驅動的任務合并劃分為一個任務。其二，I/O功能。在現代計算機系統中，對I/O設備的控制需要計算機應用程序輪詢，但是因為輪詢需要占用大量CPU資源，為了保證I/O驅動正常的前提下滿足計算機軟件系統的使用性，故而多采用中斷驅動的方式。

3.2存儲映像布局并組織任務

在將系統應用功能劃分為一個個相對單獨的任務之后，則需開始進行任務組織，任務組織方式的選擇主要取決于單獨任務之間的邏輯關系和數據轉換關系，而任務的管理功能和組織功能則同嵌入式操作系統存在緊密聯系。其中，嵌入式操作系統的操作系統并不完整，因此需同應用程序駐留或保存在ROM或FLASH中。而為了保證操作系統可以在后續應用中穩定運行，則需要在任務組織時合理安排并優化計算機軟件系統布局。針對軟件系統布局，應當將應用系統存儲映像的布局以及從物理零地址調取的存儲器作為考慮的重點。系統加電之后，在物理零地址上設置可以執行的代碼。一般情況而言，嵌入式應用系統是從ROM開始啟動，ROM在初始化時位于嵌入式應用系統的物理零地址，該地址之后會存放計算機系統的中斷向量。這種方式的優勢在于其最為簡單便捷，可以有效提升處理器調取中斷向量的速度。另外還有一種組織方式是分散載入法，本次暫按不表。

3.3應用實時性與任務調度

基于嵌入式實時軟件進行計算機軟件設計，需重點考量嵌入式實時應用系統的實時性。系統實時性分為軟實時性和硬實時性。其中，軟實時性要求系統需在一定時限之內完成任務，但是可以出現一定范圍內的時間延遲；硬實時要求系統必須在一定時限范圍內完成任務，如果超過時間將會造成不利后果。這邊要求計算機軟件系統任務的調度方式的選擇應當盡量采用基于優先級的可搶占調度方式（見表3）。該種方式是指微內核會根據系統任務的緊急情況對軟件系統任務進行是否優先處理的安排，并依據優先等級不同劃分系統任務，以此減少優先任務的響應時間。

圖3　搶先式多任務調度示意圖

3.4任務與時鐘間通信

提供時鐘服務是每個計算機軟件在設計過程中均應當考慮到的問題之一，同樣，嵌入式實時軟件也存在時鐘，常以“lick”來標記。因此，基于嵌入式實時軟件進行計算機軟件設計時，需設計計算機軟件系統的時間服務，保證每個人物具備自己的時鐘，以便定期控制執行動作。許多嵌入式實時軟件操作系統都具有郵箱、信號量、信號、隊列等機制，以保障軟件資源和系統任務之間通信與同步的實現。

3.5系統初始化

在運用嵌入式實時軟件進行計算機軟件開發和設計時，如此促使系統初始化并執行是需要重點考慮的另一個問題。位于嵌入式操作系統微內核和底層硬件之間的硬件抽象層是編寫系統初始化代碼之處，主要負責和實現系統的引導和初始化。同通用計算機軟件系統不同，嵌入式實施軟件并不具有BIOS，故而，軟件開發者需要通過設計方案實現系統引導和初始化代碼，經由一系列固定指令序列執行諸如定義入口點、初始化存儲系統、設置異常中斷向量、初始化RAM變量等系統初始化工作。最后，通過轉移指令或設置指令加載嵌入式軟件系統，進入系統任務調度即可。

4　結束語

綜上所述，基于嵌入式實時軟件，利用分層結構進行計算機軟件設計，不僅增加了系統設計的靈活性，還簡化了系統設計的復雜性，值得推廣應用。本文從嵌入式軟件出發，簡析了嵌入式實時軟件在計算機軟件設計中的運用及原理，并就計算機軟件設計嵌入式實時軟件的設計和開發進行討論，從劃分計算機軟件并行任務、存儲映像布局并組織任務、應用實時性與任務調度、任務與時鐘間通信、系統初始化，5個方面重點闡述了計算機軟件設計嵌入式實時軟件的運用。

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The application of embedded real-time software in a computer software design analysis

GU Hui-min
（Shangqiu Medical College，Shangqiu 476100，China）

The characteristics of embedded software for its professionalism and real-time processing，is widely used in computer software design，directly affecting the quality of computer software design，this article is based on promoting the application of embedded real-time software in a computer software design，use the theory of narrative method，elaborate discussed the application of embedded real-time software in a computer software design principle，and on this basis，elaborate the based on embedded real-time software for computer software development and design，the main points of the need to pay attention to the use of computer software design of embedded real-time software system is discussed in this paper，for the industry communication.

embedded real-time software；computer software design；software development；using

TN0

A

1674－6236（2016）09-0169-03

2015-06-02稿件編號：201506036

谷惠敏（1979—），女，河南商丘人，碩士，講師。研究方向：計算機技術及應用。